[发明专利]流量测量

说明书

一种用于流量计的声换能器(7a、7b、7c、7d、9a、9b、9c、9d、11a、11b、11c、11d、13a、13b、13c、13d)的布置5。所述流量计用于测量流体流动的速率。所述布置包括对应假想正多边形NRP的每个边缘的相应换能器组(7、9、11、13)。所述换能器组与用于承载流体的管状腔相关联。每个所述换能器组分别包括两个声换能器，其定向为限定位于相应组的测量平面MP7中的声学路径，以及另外的两个声换能器，其定向为限定位于相应组的测量平面中的另一声学路径。所述换能器组定位成使得，在垂直于管状腔的横截面中，每个相应换能器组的测量平面与假想正多边形的相应边缘重合。

本申请要求2017年01月17日提交的澳大利亚临时专利申请2017900133的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及流速的测量。

本发明将描述关于灌溉水流动的速率的测量，但本发明的变型可以应用于其他环境，例如用于测量气体流动的速率。

背景技术

测量水流过管道的速率的传统方法需要安装一对彼此面对的声换能器以限定声学路径。该路径以与管道中心轴线成45°的角度穿过管道的管状内部并将该轴线平分。每个换能器沿声学路径发送信号并从声学路径接收信号。根据这些换能器的输出，可以确定这些信号沿着声学路径在每个方向上的传播时间。这些传输时间之间的差与管道内流体的平均轴向速度相关。

速度的计算基于这样的假设，流动平行于管道的中心轴线并且存在层流分布。相关逻辑是使用物理分析得出的。

实际上，这些假设并不成立。湍流导致流动模式具有不平行于中心轴线的速度分量和不完全层流的流动分布。因此，管道内的湍流降低了测量的准确性。

为了提高精度，通常包括第二对声换能器，其布置成限定第二声学路径，该第二声学路径以90°在管道的中心线处与所述的第一声学路径相交。由两个声学路径占据的公共平面与管道的中心线重合并且被称为测量平面。当然，仅需要实际精度而不是绝对几何精度，并且，这就是在本领域和本专利说明书中如何使用“测量平面”和类似术语的。举例来说，在管道的情况下，在一毫米内彼此交叉的两个声学路径在本文中使用的措辞的公共平面内。

虽然增加第二声学路径是一种改进，但是湍流仍然是不准确性的来源。因此，仍然希望最小化到达流量计的湍流。为此，通常的做法是：

-在流量计的上游侧，提供至少十个管道直径长的管道的直线段；以及

-在流量计的下游侧，提供至少四个管道直径长的管道的直线段。

在许多应用中，这种管道的直线段的安装是昂贵且不便的，和/或需要进一步的精确度。

原申请人先前已经开发了对这些传统方法的改进，例如在WO2011/020143A1和WO2016/004471A1公布的国际专利申请中公开的改进。

WO2011/020143A1(其内容通过引用并入本文)公开了一种声换能器的布置，其限定间隔开的、相互平行的流动测量平面。它还公开了一种换能器的布置，其限定了三个流动测量平面，每个测量平面以不同角度与管道的中心线相交，使得管道的圆形横截面被分成六个扇区。

WO2016/004471A1(其内容通过引用并入本文)公开了一种管状腔，其同样被测量平面分成多个扇形。闸阀位于换能器布置的下游和附近。系统识别用于关联流速、闸阀的位置和换能器的输出。

表述“系统识别”是指从实验数据导出系统模型的已知技术。它包括为感兴趣的系统模型建议合适的数学表示，然后是优化特定表示的调整过程，以便尽可能接近地再现来自系统的实验定时观察。该方法提供了一种比较不同模型的方法，并根据它们重现系统行为的能力对它们进行排序。系统识别是数学系统理论和统计学中的一个特定子课题。